张霞，徐淑浩，李国智，李勤书，龙雨蛟，朱雪峰，叶茵

(红云红河烟草(集团)有限责任公司， 云南 昆明 650023)

0 引言

顶空进样具有适用范围广、样品处理简便快捷、进样重现性好等特点，其与气相色谱、液相色谱联用技术已被广泛应用于环境、食品、医疗卫生等各领域产品质量控制及科学研究之中[1-4].周建刚等[2]建立顶空单液滴微萃取法萃取富集水体中六氯苯，用高效液相色谱法进行测定的分析方法.马茜文等[3]将分子印迹涂层用于植物样品中植物激素的顶空固相微萃取，并与气相色谱联用，建立茉莉酸类植物激素的分离分析方法.胡为等[4]采用顶空全二维气相色谱-飞行时间质谱技术建立花生油中花生油香精掺伪鉴别方法.

目前，顶空与气相色谱联用技术得以广泛应用，使联用仪器的整体质量性能越来越受重视，对其性能进行试验验证具有重要意义. JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》以气相色谱直接进样模式对气相色谱仪的性能进行检定[5].气相色谱仪性能验证方法和仪器的维护保养已有一些研究[6-10]，而针对静态顶空进样-气相色谱-FID一体化性能确认和检测方法鲜见报道.在静态顶空-气相色谱仪性能及检测方法确认中，最大难点是如何测定由顶空进样器导入气相色谱柱及检测器的实际进样量.

冯雪等[11]结合生物制品行业仪器周期符合性检验要求，建立气相色谱-顶空自动进样器性能确认的检测方法.赵迎晨等[12]采用排水收集气体法，以氮气中的甲烷作为标准物质测定顶空-气相色谱FID的检出限和定量重复性,对推进静态顶空-气相色谱-FID整机性能确认研究发挥了重要作用.然而，该方法操作的专业性较强，对操作精准度要求较高，所需材料设备不具普遍性.张艳[13]提到液上气相色谱法测定气液平衡，即用气相色谱直接测定在密闭容器中达到气液两相平衡时气相组成的方法.该方法由Wichter和Hala于1963年最先提出，在气液平衡相关数据测定和溶液热力学研究中得到很好应用.王永华等[14]从恒温密闭体系的质量平衡出发，推导出气、液等体积和非等体积条件下，静态顶空的两次相平衡和多次相平衡原理，其理论关系式应用于水中氯代苯含量[15]和分配常数[16]的测定.

本研究基于静态顶空相平衡基本原理[14-16]及YC/T267—2008《烟用白乳胶乙酸乙烯酯的测定 顶空-气相色谱法》[17]技术方法，用两次相平衡测定乙酸乙烯酯标准溶液在静态顶空条件下的气液分配常数，进而确定由顶空导入气相色谱柱的乙酸乙烯酯实际进样量，提出测定顶空实际进样量的新方法；参照JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》技术要求[5]，对静态顶空-气相色谱-FID检测限进行确认.与文献报道[5,11-12]相比较，该方法的操作简便，对材料设备要求具有普遍性，可行度较高；解决了准确测定顶空实际进样量的难题，且所计算的FID检测限考虑了顶空进样器影响因素，更符合实际的检测状态，为仪器设备维修、保养、搬迁后或周期核查及样品检测结果可靠性确认提供参考.

1 静态顶空两次相平衡基本原理

在一定温度下的密闭容器中，试样中的挥发性组分在气相(顶空)和基质(液相或固相)之间存在分配平衡，将挥发性组分在气液两相中浓度之比定义为气液分配常数.根据质量平衡方程、气液分配常数及气相色谱定量原理，可推导出气液非等体积条件下静态顶空分析的两次相平衡原理[14]及气液分配常数[16]基本关系式：

(1)

(2)

式(1)中：K为气液分配常数；A1为第一次相平衡时，气相色谱测定的气相中挥发性组分峰面积；A2为第二次相平衡时，气相色谱测定的气相中挥发性组分峰面积；R为液气相比，R=VL/Vg(VL、Vg为液、气相体积).

式(2)中：K为气液分配常数；Mg1为第一次相平衡时，气相色谱测定的气相中挥发性组分质量；Mg2为第二次相平衡时，气相色谱测定的气相中挥发性组分质量；R为液气相比.

同理，还可推导出以下基本关系式：

(3)

(4)

式(3)中：C0为液相中挥发性组分的初始浓度；Cg1为第一次相平衡时气相中挥发性组分浓度；K为气液分配常数；R为液气相比.

式(4)中：Mg1为第一次相平衡时气相中挥发性组分质量；M0为液相中挥发性组分初始质量；K为气液分配常数；R为液气相比.

从式(1)～(4)可知，在同一平衡、色谱操作条件下，同一体系样品通过两次相平衡测定挥发性组分的气液分配常数K，就可测定气相中挥发性组分的浓度或质量，最终确定由顶空导入气相色谱检测器的进样量及检测限.

2 实验部分

2.1 仪器及试剂G1888顶空进样器，20 mL顶空瓶，顶空瓶盖启压器(美国安捷伦公司)，6890气相色谱仪/FID及化学工作站(美国安捷伦公司).乙酸乙烯酯标准品，含量99.9%(德国埃伦斯托弗博士公司)；N,N-二甲基甲酰胺，含量99.8%，分析纯(四川西陇化工有限公司).

2.2 顶空/气相色谱/FID操作条件按YC/T 267—2008《烟用白乳胶乙酸乙烯酯的测定 顶空-气相色谱法》执行[17].静态顶空条件：定量环体积3.0 mL，样品平衡温度80 ℃，样品环温度100 ℃，传输线温度120 ℃，样品平衡时间为低速振荡30.0 min，样品瓶加压压力138 kPa，加压时间0.20 min，充气时间0.20 min，样品环平衡时间0.05 min，进样时间1.00 min.

气相色谱仪条件：色谱柱为VOC柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)(美国Agilent科技有限公司).进样口温度150 ℃；分流比20∶1；柱流速2.5 mL/min；程序升温：100 ℃(保持8.00 min)，以15 ℃/min上升至180 ℃(保持10.00 min)；载气为99.999 9%氦气.FID检测器条件：温度250 ℃，氢气40 mL/min，空气450 mL/min，尾吹气(氦气)30 mL/min.

2.3 标准物质及溶液配制根据仪器常规检测项目及YC/T 267—2008《烟用白乳胶乙酸乙烯酯的测定 顶空-气相色谱法》技术要求，选择乙酸乙烯酯标准品为仪器性能确认标准物质，并以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂；制备乙酸乙烯酯浓度约为1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液为标准溶液.

2.4 实验方法

2.4.1 气液平衡常数 按照2.2顶空/气相色谱/FID操作条件，准确移取1.0 mL 乙酸乙烯酯浓度为1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺溶液于20 mL顶空瓶中，密封瓶口，制备7杯平行样，依次进行第一次顶空相平衡及气相色谱/FID测定乙酸乙烯酯峰面积，连续测定7次；待第一次顶空相平衡气相色谱测定完毕及顶空瓶温度降至室温后，重新更换顶空瓶盖进行第二次顶空相平衡及气相色谱/FID测定乙酸乙烯酯峰面积；分别记录每次顶空两次相平衡气相色谱/FID测得的乙酸乙烯酯峰面积，根据式(1)计算乙酸乙烯酯在顶空相平衡过程中的气液分配常数K值，取7次平行测定结果的算术平均值为最终结果.

2.4.2 基线噪声及基线漂移 按照2.2顶空/气相色谱/FID操作条件，记录基线30 min.选取乙酸乙烯酯出峰时间段(0～8 min)基线中噪声最大峰-峰高对应的信号值为仪器的基线噪声；由于JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》气相色谱仪的计量性能要求中基线漂移记录的基线为30 min，故选取0～30 min基线偏离起始点最大响应信号值为仪器信号漂移.

2.4.3 检测限 按照实验方法2.4.1测定出气液分配常数K值，然后代入式(3)或式(4)计算乙酸乙烯酯/N,N-二甲基甲酰胺标准溶液在顶空相平衡时气相中乙酸乙烯酯的浓度Cg1或质量Mg1.再根据顶空定量环3 mL、气相色谱分流/不分流进样口分流比(1∶20)、顶空液气相比R(1∶19)，计算由顶空导入FID检测器的乙酸乙烯酯实际进样量，并按关系式(5)计算检测限.

(5)

式(5)中：DFID为FID检测限，g/s；N为基线噪声，pA(或mV)；W为乙酸乙烯酯实际进样量，g；A为乙酸乙烯酯峰面积的算术平均值，pA·s(或mV·s).

3 结果与讨论

3.1 气液分配常数按照实验方法2.4.1，平行测定7次乙酸乙烯酯浓度为1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺标准溶液，记录两次相平衡后测得的乙酸乙烯酯峰面积并计算气液分配常数K值.浓度为1.5 mg/L乙酸乙烯酯标准样品的气相色谱图如图1所示，两次相平衡测定的乙酸乙烯酯峰面积和气液分配常数K如表1所示.

图1 乙酸乙烯酯气相色谱图

表1 两次相平衡乙酸乙烯酯气液分配常数测定结果

由图1可知，乙酸乙烯酯色谱峰的保留时间为4.603 min，可与空气峰有效分离，准确定量色谱峰积分面积.由表1可知，乙酸乙烯酯在N,N-二甲基甲酰胺中气液分配常数的相对标准偏差为2.58%，测定方法的精密度较高、重复性较好，结果稳定.

3.2 基线噪声及基线漂移按照实验方法2.4.2，基线噪声N及基线漂移测试色谱图如图2所示，基线噪声N(0～8 min)及基线漂移(0～30 min)结果如表2所示.

图2 基线噪声及基线漂移测试色谱图

表2 基线噪声及基线漂移结果

由表2可知，基线噪声和基线漂移的测试结果很好的满足技术要求.

3.3 检测限按照实验方法2.4.3，依次计算顶空进样量W及FID检测限DFID，结果如表3所示.结果表明，顶空进样量W的算术平均值为1.44×10-9g；FID检测限DFID的算术平均值为0.19 ng/s，小于0.5 ng/s，符合JJG 700—2016《气相色谱仪检定规程》技术要求，同时此台顶空/气相色谱/FID仪器灵敏度高，符合YC/T267—2008《烟用白乳胶乙酸乙烯酯的测定 顶空-气相色谱法》技术要求.

表3 基线噪声及基线漂移结果

3.4 重复性依照 YC/T267—2008《烟用白乳胶乙酸乙烯酯的测定 顶空-气相色谱法》实验方法及JJG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》技术要求，对乙酸乙烯酯浓度为1.5 mg/L的N,N-二甲基甲酰胺标准溶液进行7次平行测定，记录乙酸乙烯酯色谱峰保留时间T和峰面积A；以乙酸乙烯酯保留时间的相对标准偏差为定性重复性，以乙酸乙烯酯峰面积的相对标准偏差为定量重复性，测定结果如表4所示.

表4 基线噪声及基线漂移结果

由表4可知，定性重复性为0.06%，定量重复性为0.27%，符合JJG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》技术要求，仪器的稳定性较好.

4 结论

采用两次相平衡方法，测定乙酸乙烯酯在N,N-二甲基甲酰胺中气液分配常数、顶空实际进样量、基线噪声、检测限以及定性定量重复性，建立静态顶空-气相色谱-FID一体化性能确认方法；操作简单，结果可靠.将该方法应用于实际工作中的检测仪器和项目，对仪器的一体化性能和乙酸乙烯酯的检测方法进行确认，性能指标完全符合JG 700—2016 《气相色谱仪检定规程》的技术要求.